DE4028724C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Entsorgung und Verbrennung von Produktionsrückständen aus Polyurethan-Schaumstoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 sowie auf eine Vorrichtung bzw. Anlage zur Verfahrensdurchführung.

Die grundlegende Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht dabei darin, ein Verfahren sowie eine zuge­ hörige Anlage zu schaffen, mit denen auf eine ein­ fache Art und Weise eine äußerst umweltfreundliche Entsorgung von Polyurethan-Produktionsrückständen durchführbar ist.

Zu beachten bei der Lösung dieser Aufgabenstellung war dabei aber vor allem, daß duromere Kunststoffe, insbesondere Polyurethane, chemisch sehr resistent sind und sich nur mit sehr wenigen Stoffen chemisch zersetzen lassen. Da es sich hierbei zudem um einen duromeren Kunststoff handelt, scheidet eine Wieder­ verwertung durch Einschmelzen, wie es bei Thermo­ plasten möglich ist, von vornherein aus. Thermisch hingegen sind Polyurethane wenig stabil und be­ sitzen zudem einen hohen Heizwert. Allerdings bildet speziell Polyurethan-Schaumstoff bei der einfachen Verbrennung in einer Rostfeuerung Zersetzungspro­ dukte, die flüssig, gasförmig und fest sind und sich dabei nicht kontrolliert verwerten bzw. ent­ sorgen lassen.

Infolge des hohen Heizwertes der hier zur Rede stehenden Materialien wurde in der Vergangenheit bereits deren thermische Nutzung schon mehrfach angestrebt, jedoch führte die dabei vorgenommene Verbrennung auf einer Rostfeuerung einerseits zu unzulässigen Emissionen im Kamin und andererseits zu Verbrennungsrückständen, die wiederum als Sonder­ müll entsorgt werden mußten.

Die Lösung der mit der vorliegenden Erfindung ge­ stellten Aufgabe besteht deshalb im speziellen auch darin, zunächst einen an sich aus der DE-OS 20 35 175 bekannten Zersetzungsvorgang der Pro­ duktionsrückstände dahingehend durchzuführen, daß hierbei überwiegend nur die flüssige Phase auftritt und das so gewonnene ölhaltige Produkt dann in bereits erprobten Spezialölbrennern rückstandsfrei zu verbrennen.

In spezieller Durchführung der wesentlichsten Ver­ fahrensschritte ist dabei vor allem vorgesehen, daß nach dem mechanischen Zerkleinern der Schaum­ stoffabfälle und Einbringen, d. h. Einrühren derselben in eine Heißölvorlage mit einer Temperatur von 210 bis 230°C das im Prozeßablauf überschüssige Öl zunächst in einem Behälter zwischengespeichert und dann dem Ölbrenner zugeführt wird; um hierbei die Viskosität des als niedrig zu halten, sollte die Temperatur im Speicherbehälter bei mindestens 80°C liegen.

Die anschließende Verbrennung des Öls aus dem Speicherbehälter geschieht, wie in den Patent­ ansprüchen angegeben, mit einem Zerstäubungs­ brenner, z. B. Ultraschallzerstäuber mit Heißluft oder Heißdampf als Zerstäubungsmedium. In einer speziell dafür konzipierten Brennkammer, die bis zu 1200°C gefahren werden kann, werden dabei alle Stoffe durch die zugeführte Verbrennungsluft voll­ kommen oxidiert und man erhält in den Rauchgasen CO₂, H₂O-Dampf, Stickstoff, sowie einen gewissen Anteil O₂. Aufgrund der im Polyurethan enthaltenen Stickstoffverbindungen treten auch schädliche Stick­ oxide auf, die dann in einer nachgeschalteten Katalysatoranlage beseitigt werden können.

Die bei der Zersetzungsreaktion noch frei werdenden Dämpfe werden ebenfalls in eine Brennkammer einge­ leitet, damit die enthaltenen brennbaren Bestand­ teile schadstofffrei nachverbrannt werden.

Verfahrensschema und genereller Anlagenaufbau zur Durchführung dieses neuen Verfahrens sind als ein mögliches Ausführungsbeispiel in den Zeichnungen dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 in Form eines Blockschaltbildes zur Ver­ fahrensübersicht rein schematisch den An­ lagenaufbau,

Fig. 2 die Zerkleinerungs- und Beschickungs­ vorrichtung in Ansicht,

Fig. 3 die daran anschließende Ölerzeugereinheit,

Fig. 4 die hierzu nachgeordnete Ölspeichereinheit,

Fig. 5 die Brennkammer für die Wandbeheizung und

Fig. 6 die Heißgas- und Dampferzeugerstufe, alles in Ansicht.

Gemäß Fig. 1 und 2 erfolgt zunächst die mechanische Zerkleinerung der Schaumstoffteile mittels einer Schneidmühle 1 o. dgl. auf Hackschnitzelgröße von etwa 10 bis 20 mm (oder auch noch kleiner) und deren beispielsweise pneumatischer Transport über eine Leitung 2 zu einem Speicherbehälter 3.

Diesem Speicherbehälter 3 nachgeordnet und somit dem Reaktor 7, in welchem die thermische Zersetzung des Schaumstoffes stattfindet vorgeschaltet, ist eine Beschickungsvorrichtung 5, bestehend aus Einfüll­ schacht 5a samt Preßkanal 5b, in dem ein Zylinder 5c mit diskontinuierlich arbeitendem Kolben 5d eine Materialverdichtung und damit gasdichten Abschluß zur Verhinderung von Schwelgasaustritt aus dem Reaktor 7 und durch das endseitig an die Beschickungsvor­ richtung 5 bzw. deren Preßkanal 5b anschließende Förderrohr 6 hindurch, bewirkt. In diesem Förderrohr ist zudem zur Vergleichmäßigung der Dosierung eine Förderschnecke 6a angeordnet, die das Material in den Reaktor 7 transportiert. Der Materialaustrag aus dem Speicherbehälter 3a zum Einfüllschacht 5a der Beschickungsvorrichtung 5 kann dabei über einen durch einen Motor 3b angetriebenen Schiebeboden 3a mit nachgeordnetem Transportband 4 erfolgen.

Die thermische Zersetzung des schnitzel- oder flocken­ artigen Schaumstoffs findet nun gemäß Fig. 3 in dem Reaktor 7 statt, indem die Flocken mittels Rührwerk 7a in eine ölartige Flüssigkeit eingerührt werden.

Das Öl besitzt dabei eine Temperatur von 210- 230°C und muß stets in diesem Temperaturbereich gehal­ ten werden, denn bei geringerer Temperatur läuft der Zersetzungsprozeß nicht ordnungsgemäß ab, während bei einer höheren Temperatur die Gefahr von Teer- und Koksbildung und damit Verstopfung der Rohrleitungs­ systeme besteht.

Die zur Aufrechterhaltung der erforderlichen Temperatur notwendige Beheizung wird über Heizmäntel 7b und 8b an den Reaktorbehältern 7 und 8 und durch ent­ sprechende Leitungen 10 vorgenommen, wobei gemäß Fig. 5 die entsprechenden Heißgase in einer separaten Brennkammer 10 erzeugt werden. Von hier aus erfolgt auch die Beheizung des Ringmantels 5b des Preßkanals 5b zur Verbesserung der Gleitfähigkeit des dort ver­ dichteten Materialpfropfens. Bei der Beheizung der Wände der Reaktoren 7 und 8 ist besonders darauf zu achten, daß der Temperaturgradient zum Behälter­ inhalt gering ist, um eine Vercrackung des als an den Behälterwänden zu verhindern.

Die bei der Reaktion des Schaumstoffes entstehenden Gase, vorwiegend CO₂ und brennbare Dämpfe, werden am Kopf der Reaktoren 7 und 8 über Leitungen 11 ab­ gesaugt und in eine weitere Brennkammer 12 (in Fig. 6) zur thermischen Nachverbrennung als Abgasreinigung abgeführt. Es empfiehlt sich, hierfür eine kleine separate Brennkammer mit Stützbrenner 13 vorzusehen, die in die Hauptbrennkammer 14 des Heißgaserzeugers mündet. Dadurch ist gewährleistet, daß die Ölerzeugung in den Reaktoren 7 und 8 auch gefahren werden kann, wenn der Hauptbrenner 14 nicht in Betrieb ist und eine Ölreserve geschaffen werden soll.

Wie in Fig. 1 und 3 gezeigt ist es bei der erfindungs­ gemäßen Anlage von Vorteil, zwei separate Reaktoren 7 und 8 zu verwenden, die leicht höhenversetzt zu­ einander liegen und in ihrem unteren Bereich über eine Verbindungsleitung 15 aneinander angeschlossen sind. Hierbei werden im ersten Reaktor 7 die Schaum­ stoffschnitzel in die Ölvorlage eingerührt und dabei getränkt sowie aufgeheizt; durch das dabei entstehende Öl steigt das Niveau in diesem Behälter an und über die bodenseitige Verbindungsleitung 15 findet ein Ausgleich zum zweiten Reaktor 8 statt. Da sich die Schaumstoffflocken aufgrund ihrer geringen Dichte vorwiegend im oberen Bereich des ersten Reaktors 7 aufhalten, befindet sich im zweiten Reaktor 8 nur flüssiges Öl, das u. U. noch nachreagiert. Für einen ständigen Ölaustausch zwischen beiden Reaktoren 7 und 8 sorgt zudem noch eine Pumpe, die das Öl vom zweiten Reaktor 8 in den ersten 7 zurückfördert bzw. umwälzt. Hätte man hier nämlich nur einen einzigen Reaktor, müßte die Schaumstoffzuführung nach einem gewissen Niveauanstieg unterbrochen werden, um für eine bestimmte Zeit eine Nachreaktion ablaufen zu lassen. Erst nach Entnahme der bei dem jeweiligen Zyklus erzeugten Ölmenge, könnte dann wieder neuer Schaumstoff zugeführt werden.

Gemäß Fig. 1 und 4 ist es zudem vorteilhaft, einen aus ein oder zwei Behältern 16 und 17 bestehenden Öl-Zwischenspeicher als Puffer vorzusehen, damit der Hauptbrenner 14a unabhängig von der Ölerzeugung betrieben werden und jede anfallende Schaumstoffmenge sofort entsorgt werden kann. Beide Speicherbehälter sind hierbei ebenfalls mit einem Rührwerk 16a und 17a sowie Mantelheizungen 16b und 17b versehen. Die Ölversorgungsleitung ist zudem bei größerer Entfernung zwischen den Reaktoren 7, 8 und Speichern 16, 17 vorteilhafterweise als Umlaufleitung 18 mit Begleit­ heizung ausgeführt, durch die ständig Öl umgepumpt wird; dadurch ist gewährleistet, daß auch bei längerem Anlagenstillstand diese Rohrleitung 18 nicht verstockt.

Schließlich ist zum Schutze des Hauptbrenners 14a in der Versorgungsleitung 19 vom Speicher 16 bzw. 17 zum Brenner 14a noch eine Filtervorrichtung 20 mit Mantelbeheizung 20a eingebaut, die vorteilhafter­ weise als Korbfilter ausgebildet ist; damit werden Feststoffe wie Fasern, Drähte etc. abgeschieden.

Als letztes ist nun bei der erfindungsgemäßen Anlage gemäß Fig. 6 die Haupt-Brennereieinrichtung 14 zu beschreiben. Sie besteht als Einheit aus dem eigent­ lichen Brenner 14a mit dem üblichen Zerstäuber sowie dem Verbrennungsluftleitsystem, einem Zündbrenner 21 mit Flammenüberwachung, Verbrennungsluftventilator, Luftmengenregler, Dosierpumpe für das Öl und der Hochtemperatur-Brennkammer 14.

Diese Einheit kann hierbei jedem handelsüblichen Wärmeerzeuger, z. B. Dampfkessel, Warmwasserversorger oder (Thermalöl-)Wärmetauscher vorgeschaltet werden.

Durch die speziell gestaltete Verbrennungsluftführung und Mischung mit dem zerstäubten Öl in Verbindung mit der Brennkammer- (14) Dimensionierung wird eine vollständige Verbrennung des als mit einem an Stick­ oxiden armen Abgas erzielt.

Bezugszeichenliste

1 Schneidmühle
2 Förderleitung
3 Speicherbehälter
3a Schiebeboden
3b Schiebebodenantrieb
4 Transportband
5 Beschickungsvorrichtung
5a Einfüllschacht
5b Preßkanal
5b′ Heizmantel
5c Zylinder
5d Kolben
6 Förderrohr
6a Förderschnecke
7 Reaktor
7a Rührwerk
7b Heizmantel
8 zweiter Reaktor
8a Rührwerk
8b Heizmantel
9 Brennkammer für Wandbeheizung
10 Heizgasleitung
11 Reaktionsgasleitung
12 thermische Nachverbrennkammer
13 Stützbrenner
14 Hauptbrennkammer
14a Hauptbrenner
15 Verbindungsleitung zwischen den beiden Reaktoren 7 und 8
16 Speicher
16a Rührwerk
16b Mantelheizung
17 Speicher
17a Rührwerk
17b Mantelheizung
18 Umlaufleitung
19 Hauptbrenner-Versorgungsleitung
20 Ölfiltervorrichtung
20a Mantelbeheizung
21 Zündbrenner
22 Dampferzeuger
23 Kamin

Claims (10)

1. Verfahren zur Entsorgung und Verbrennung von Produktionsrückständen aus Polyurethan-Schaumstoffen, mit Vorzerkleinerung des Abfallmaterials auf etwa Flockengröße sowie Speichern desselben und an­ schließender Verflüssigung des Schaumstoffmaterials unter Zerfall der Polymere in Monomere beim Einrühren derselben in eine Heißölvorlage von 210-230°C, bestehend aus zuvor aus diesen Abfallmaterialien erzeugtem Öl , dadurch gekennzeichnet, daß das im Prozeßablauf überschüssige Öl zwischen­ gespeichert, bei niedriger Viskosität gehalten und anschließend einem Ölbrenner zugeführt und verbrannt wird, und daß die bei der Verbrennung auftretenden, schädlichen Stickoxide durch Einleitung letzterer in eine der Brennkammer nachgeschaltete Katalysator­ einrichtung beseitigt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Beseitigung der bei der Zersetzungsreaktion der Polyurethanabfälle noch frei werdenden Dämpfe ebenfalls durch Verbrennung in der gleichen Brennkammer.

3. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 und 2, gekennzeichnet durch folgende, untereinander zusammenwirkende Haupt-Anlagenteile:

• a. Eine Beschickungsvorrichtung (5) für die Abfallmaterialien,
• b. eine darauf folgende Ölerzeugerstufe mit zwei Reaktoren (7 und 8) mitsamt
• c. Ölspeicherung in zwei Speicherbehältern (16 und 17) sowie
• d. Ölverbrennung mit Hauptbrenner (14) und entsprechenden Brenner (14a).

4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschickungsvorrichtung (5) aus einem von einem Heizmantel (5b′) umgebenen Preßkanal (5b) mit seitlich einmündendem Einfüllschacht (5a) sowie zu­ geordneter Preßzylinder/Kolbeneinheit (5c, 5d) besteht, mit an den Preßkanal (5b) anschließender, in einem zum ersten Reaktor (7) führenden Förderrohr (6) gelagerter Querförderschnecke (6a).

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschickungsvorrichtung (5) eine Schneid­ mühle o. ä. Zerkleinerungsvorrichtung (1) mit Speicherbehälter (3), verbindender Förderleitung (2) sowie Transportmitteln (3a, 3b, 4) zum Pressen­ einfüllschacht (5a) vorgeschaltet sind.

6. Anlage nach den vorhergehenden Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Reaktoren (7 und 8) der ölerzeuger­ stufe mit je einem Rührwerk (7a und 8a) versehen, höhenversetzt zueinander angeordnet und in ihrem unteren Behälterbereich über eine Rohrleitung (15) mediumseitig untereinander verbunden sind.

7. Anlage nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch die beiden Reaktoren (7 und 8) außen umgebende Heiz­ mäntel (7b und 8b) zur Aufrechterhaltung der Reaktions­ temperaturen.

8. Anlage nach den vorhergehenden Ansprüchen 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Behälter (16 und 17) der Ölspeicher­ stufe ebenfalls jeweils mit Rührwerk (16a und 17a), zusätzlicher Außenmantelbeheizung (16b und 17b) und ebenfalls mantelbeheizter Umlaufleitung (18) versehen sind.

9. Anlage nach den vorhergehenden Ansprüchen 3 bis 8, gekennzeichnet durch Vorschaltung eines Ölfilters (2a) mit Mantel­ beheizung (20a) vor den Anfang der Hauptbrenner- Versorgungsleitung (19).

10. Anlage nach den vorhergehenden Ansprüchen 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (14a) als Ultraschallzerstäuber mit Heißluft oder Heißdampf als Zerstäubungsmedium ausgebildet ist.